Es gibt mehrere Terminologien, die sich auf Materialien beziehen, die bei der Herstellung von Produkten auf Silikonbasis verwendet werden. Daher kann es ziemlich verwirrend sein, wenn Sie versuchen, ein bestimmtes Material zu verstehen, um eine Entscheidung zu treffen. Einer dieser Begriffe ist Silikonelastomere. In diesem Artikel erfahren Sie alles, was Sie über diesen Begriff wissen müssen.
Was ist ein Silikonelastomer?
Die Definition eines Silikonelastomers kann aus zwei Teilen bestehen – Silikon und Elastomer. Erstens ist Silikon technisch gesehen Kunststoff. Seine Bildung, molekulare Struktur und Eigenschaften unterscheiden sich jedoch von normalen Kunststoffen. Chemisch kann es als synthetisches Polymer aus Silizium-Sauerstoff-Verbindungen mit sich wiederholenden Methylgruppen klassifiziert werden.
Elastomere hingegen sind gummiartige Materialien. Chemisch gesehen sind sie Polymere, haben aber schlecht vernetzte Verbindungen. Dies verleiht ihnen ihre elastische Natur. Synthetischer Kautschuk ist ein Beispiel für ein Elastomer.
Vor diesem Hintergrund können wir schlussfolgern, dass Silikonelastomere lose vernetzte synthetische Polymere sind. Der Hauptunterschied zwischen Silikonelastomeren und Kunststoff besteht darin, dass beim Aushärtungsprozess eine dauerhafte Bindung entsteht, die bei großer Hitze nicht verändert werden kann.
Mit anderen Worten können die Begriffe Silikon und Silikonelastomer synonym verwendet werden und dasselbe bedeuten. In der Materialwissenschaft werden die Begriffe Polysiloxane und Siloxane auch zur Bezeichnung von Silikonelastomeren verwendet. Schließlich verwendet die internationale Gemeinschaft VMQ, PMQ und PVMQ als Standardabkürzungen für Silikon.
Übersicht Silikonelastomere
Silikon hat mehrere Eigenschaften und Merkmale, die es von anderen Arten synthetischer Polymere unterscheiden. Es hat einzigartige Qualitäten, die es für den Einsatz in bestimmten Umgebungen geeignet machen. Lassen Sie uns diese Eigenschaften näher betrachten.
Chemische Eigenschaften von Silikonelastomeren
Die chemische Eigenschaft einer Substanz gibt an, wie sich ihre Molekularstruktur unter bestimmten Bedingungen verändert. Silikonelastomere haben die folgenden chemischen Eigenschaften.
Chemische Beständigkeit
Die chemische Beständigkeit von Silikon ist seine Fähigkeit, korrosiven Umgebungen standzuhalten, ohne sich abzunutzen. Sie wird auch als Inertheit bezeichnet. Im Allgemeinen sind Silikonelastomere mit vielen Chemikalien kompatibel. Dies bedeutet, dass ihre chemische Toleranz hoch ist. Es ist jedoch zu beachten, dass die Beständigkeit in gewissem Maße nachlässt.
A beständiges Diagramm wird verwendet, um die Beständigkeit von Silikon gegenüber Chemikalien anzugeben. Diese Tabelle zeigt, gegen welche Chemikalien Silikon beständig ist und in welchem Ausmaß. Generell sind Chemikalien in Säuren, Fetten, Ölen und organischen Verbindungen enthalten. Sie können die spezifische Verträglichkeit von Silikon anhand der Umgebung bestimmen, in der Sie das Material verwenden möchten.
Thermischer Widerstand
Während Elastomere technisch gesehen hitzebeständig sind, gibt es ein gewisses Maß an Wärmebeständigkeit bei Produkten auf Silikonbasis. Silikonelastomere können beispielsweise bei Temperaturen von bis zu 150 °C unverformt bleiben.O C. Die meisten Polymere derselben Kunststoffklasse schmelzen bei deutlich niedrigeren Temperaturen.
Die ausgezeichnete Wärme- bzw. Hitzebeständigkeit von Silikon macht es für die Herstellung von Produkten geeignet, die in Umgebungen mit hohen Temperaturen eingesetzt werden. Ein gutes Beispiel ist Geschirr.
UV-Beständigkeit
Ein anderer Begriff, der sich auf UV-Beständigkeit bezieht, ist Witterungsbeständigkeit. Sie bestimmt das Verhalten von Silikon, wenn es ultravioletter Strahlung, vor allem der Sonne, ausgesetzt wird. UV-Beständigkeit ist von entscheidender Bedeutung, da die meisten Silikonprodukte für den Außenbereich hergestellt werden.
Die Fähigkeit, UV-Licht zu widerstehen, ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Molekularstruktur des Silikons intakt bleibt. Eine längere Einwirkung von UV-Licht beeinträchtigt die Elastizität von Silikonelastomeren, die zur Herstellung statischer Dichtungen und Dichtungsmassen nützlich sind. Glücklicherweise sind Silikonelastomere sehr widerstandsfähig gegen UV-Abbau.
Öl- und Lösungsmittelbeständigkeit
Öle und Lösungsmittel sind mit Silikonelastomeren kompatibel und haben nur minimalen Einfluss auf deren Struktur und Form. Mit anderen Worten, dieses Material wird von chemischen Strukturmitteln, die in Mineralölen und polaren organischen Verbindungen vorkommen, nicht beeinflusst. Insbesondere hat Silikon eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen die meisten Öle unter 100OC.
Es ist jedoch zu beachten, dass Silikon aufquillt, wenn es unpolaren organischen Verbindungen wie Benzol, Toluol und Benzin ausgesetzt wird. Die gute Nachricht ist, dass die Schwellung verschwindet, nachdem sie aus der Verbindung entfernt wurde.
Elektrischer Stromwiderstand
Silizium, ein Element in Silikon, ist ein schlechter Stromleiter. Daher lässt sich vermuten, dass Silikon einen hohen elektrischen Stromwiderstand aufweist. Diese chemische Eigenschaft macht es zu einem hervorragenden Isoliermaterial für elektrische Geräte. Der Widerstand wird kaum durch äußere Faktoren wie Temperatur und elektrische Leiter wie Wasser beeinflusst. Aus diesem Grund kann Silikonelastomer als dielektrisches Material betrachtet werden.
Mechanische Eigenschaften von Silikonelastomeren
Diese Eigenschaften zeigen, wie sich Silikonelastomere verhalten, wenn sie äußerer Beanspruchung in Form von Kraft ausgesetzt werden. In den meisten Fällen werden sie an ausgehärteten Silikonelastomeren gemessen, um die tatsächlichen Werte zu erhalten, die die Produkte aufweisen werden.
Bruchdehnung
Wenn Silikon eine ausgezeichnete Dehnung aufweist, bedeutet dies, dass es der zu erwartenden Belastung standhalten kann, die durch die Dehnung eines Silikonprodukts entsteht.
Die Bruchdehnung ist die Länge, die das Elastomer ausdehnt, bevor es bricht. Dabei gilt: Je länger die Distanz, desto besser die Bruchfestigkeit. Verschiedene Silikonelastomere haben unterschiedliche Bruchdehnungsprozentsätze, die normalerweise hoch sind. Diese Eigenschaft wird zusammen mit der Reiß- und Zugfestigkeit getestet, da sie zusammenhängen.
Härte
Die Härte ist ein Maß für den Widerstand gegen Verformung unter Kompressionsdruck. Mit anderen Worten: Wie hält ein Silikonelastomer der Kompressionskraft stand? Dies wird auch als Durometer bezeichnet und ihm werden je nach Widerstand unterschiedliche Skalen zugewiesen.
Silikonelastomere können weich oder hart sein. Dies hängt von der Dichte der Vernetzungsmittel und anderen Eigenschaften ab. Der Grund für die unterschiedlichen Härtegrade liegt darin, dass sowohl weiche als auch dichte Materialien für bestimmte Anwendungen geeignet sind.
Reißfestigkeit
Die Reißfestigkeit ist ein entscheidender Wert dafür, wie sich Silikon unter mechanischer Belastung verhält. Sie ist ein Maß dafür, wie leicht Silikon, das abgesplittert ist, reißt. Da Silikon weniger Kraft zum Reißen benötigt, bedeutet dies, dass es eine geringe Reißfestigkeit aufweist.
Diese Eigenschaft simuliert die Verschleißbedingungen, die bei der Verwendung eines Silikonprodukts zu erwarten sind. Je besser die Beständigkeit, desto besser kann das Produkt Umgebungen mit hoher Spannung standhalten. Die Reißfestigkeit wird in Pfund pro Zoll (ppi) gemessen.
Zugfestigkeit
Die Kraft, die erforderlich ist, um Silikon zu zerbrechen, wenn es unter Spannung steht, wird als Zugfestigkeit bezeichnet. Wenn ein Material eine hohe Zugfestigkeit aufweist, bedeutet dies, dass viel Kraft erforderlich ist, um es zu zerbrechen. Dies ist bei Silikon der Fall. Während die allgemeine Festigkeit normalerweise hoch ist, hängt die spezifische Kraft von der jeweiligen Art des Silikonelastomers ab.
Abriebfestigkeit
Während einige Elastomerarten eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit aufweisen, hält Silikon abrasiven Umgebungen nicht stand. Abrieb ist der Verschleiß, der durch wiederholte Aggression der Außenfläche eines Materials entsteht.
Silikonelastomere weisen aufgrund der geringen Reißfestigkeit eine schlechte Abriebfestigkeit auf. Deshalb wird Silikon für Produkte empfohlen, die überwiegend statisch und nicht dynamisch sind. Wenn die Bewegung des Produkts eingeschränkt ist, kann das Silikon optimal funktionieren, ohne schnell verschleißen zu müssen.
Die Chemie eines Silikonelastomers
Das Verständnis von Silikon auf molekularer Ebene ist in vielerlei Hinsicht von Vorteil. Zum einen werden Sie verstehen, wie das Material synthetisiert wird. Zum anderen werden Sie leichter zwischen den verschiedenen Formen von Silikonen unterscheiden können.
Bei der Definition von Silikonelastomeren haben wir bereits festgestellt, dass Silikone Polymere mit Silizium-Sauerstoff-Verbindungen und Methylgruppen sind. Silizium kommt in der Natur in verschiedenen Gesteinen vor und wird durch spezielle Verfahren gewonnen.
Silizium verbindet sich mit Sauerstoff zu Siliziumdioxid (SiO2). Im Labor wird diese Verbindung polymerisiert, wobei Methylgruppen hinzugefügt werden, um Silikon oder Silikonpolymer zu bilden. Das ist die grundlegende Erklärung, wie Silikon synthetisiert wird. Natürlich wird es noch weiteren Reinigungs- und Veredelungsverfahren unterzogen, um es nutzbar zu machen.
Thermoplastische Elastomere (TPEs) vs. Duroplaste
Regulierungsbehörden, die die Verwendung synthetischer Polymere überwachen, haben eine Klassifizierung entwickelt, um die verschiedenen Formen von Elastomeren zu unterscheiden. In diesem Zusammenhang gibt es zwei eng verwandte, aber unterschiedliche Klassen. Dies sind thermoplastische Elastomere und Duroplaste. Beide haben Gummieigenschaften wie Dehnung.
Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Elastomerklassen besteht darin, dass thermoplastische Elastomere durch Hitze verformt werden können, Duroplaste hingegen nicht. Mit anderen Worten: Thermoplaste können bei bestimmten Temperaturen schmelzen.
Die Vernetzungstechnik, die zum Binden der duroplastischen Elastomere verwendet wird, erzeugt während der Aushärtung eine permanente kovalente Bindung. Diese Bindung ist locker, um sie flexibel zu machen, aber stark genug, um Verformungen bei hohen Temperaturen zu verhindern.
Silikonelastomere als Duroplaste
Die oben besprochenen Eigenschaften von Duroplasten definieren Silikonelastomere. Silikon ist eines der vielen Beispiele für Duroplaste. Silikonelastomere sind eine spezielle Kunststoffart, die als Duroplaste bezeichnet wird. Was sie von herkömmlichen Kunststoffen unterscheidet, ist der Aushärtungsprozess.
Während des Aushärtungsprozesses von Silikon verändern die Härtemittel die Molekülstruktur und die Bindung der verschiedenen Gruppen. Die entstehende kovalente Bindung ist dauerhaft, d. h. sie lässt sich im Gegensatz zu Thermoplasten nur schwer verändern. Aus diesem Grund ist Silikon im Grunde genommen fast unmöglich zu schmelzen oder weist eine hohe Temperaturtoleranz auf.
Prüfung von Silikonelastomeren
Die Eigenschaften des Silikons müssen vor dem Mahlen oder dem Herstellungsprozess überprüft werden. Darüber hinaus werden während des Herstellungsprozesses weitere Tests durchgeführt.
ASTM-Testnormen für Silikonelastomere
ASTM ist ein internationales Gremium, das Standards für den Umgang mit verschiedenen Materialien, darunter Silikon, festlegt. Dieses Gremium verfügt über Richtlinien für Silikonelastomertests, in denen die zugelassenen Werte und andere regulatorische Maßnahmen angegeben sind.
Prüfnormen für Silikonelastomere finden Sie unter Gumminormen. Es enthält allgemeine Richtlinien für Tests. Die spezifischen Tests werden auf Grundlage der jeweiligen Art des verwendeten Silikonelastomers festgelegt.
Wichtige Tests der Eigenschaften von Silikonelastomeren
Die Anwendung, der Herstellungsprozess und die Art des Silikons bestimmen in erster Linie die geeigneten Tests. Denn diese Tests bestätigen die erforderlichen Eigenschaften und geben die Herstellungsmethode vor.
Ein weiterer Grund für die Einschränkung der Tests ist, dass es so viele Tests gibt wie Silikoneigenschaften. Um es genauer zu erklären: Nahezu alle Eigenschaften können mit mehreren Tests getestet werden. So kann beispielsweise allein die UV-Beständigkeit in mehreren chemischen und physikalischen Tests getestet werden. Klicken Sie hier, um die Prüfnormen für UV-Beständigkeit für Silikon.
Zu den allgemeinen Tests, die an allen Silikonelastomeren durchgeführt werden, gehören Durometer-, Elastizitätsmodul- und Dehnungsmodultests. Diese Tests simulieren genau, wie das Silikonprodukt mit mechanischer Belastung zurechtkommt.
Faktoren, die die Leistung von Silikonelastomeren beeinflussen
Obwohl Silikon gegen viele Stressfaktoren nahezu immun ist, gibt es Umstände, die seine Leistung stark beeinträchtigen. Es gibt Faktoren, die bestimmen, wie gut oder schlecht die Leistung eines Silikonprodukts ist. Hier sind einige dieser Faktoren.
Alterungs- und Degradationsbeschleuniger
Mit der Zeit verschlechtert sich die Qualität eines Silikonproduktes. Dies gilt unabhängig davon, ob es im Gebrauch oder bei der Lagerung ist. Der Qualitätsverlust kann durch die Umgebung, die Lagerbedingungen und die Qualität beschleunigt oder verlangsamt werden.
Ungünstige Bedingungen können ein Silikonprodukt vorzeitig altern lassen. Zur Verdeutlichung: Wird das Silikon in einer Umgebung verwendet, die es nicht verträgt, altert und zersetzt es sich schneller als erwartet. Ebenso neigt es dazu, sich viel schneller abzunutzen, wenn es in einer Umgebung mit bestimmten Stressfaktoren wie Ozon gelagert wird. Mit anderen Worten, seine Eigenschaften nehmen ab.
Die Art des Silikonelastomers
Es gibt verschiedene Arten von Silikonelastomeren. Zu den häufigsten gehören hochkonsistenter Gummi (HCR), bei Raumtemperatur vulkanisierter Gummi (RTV) und flüssiger Silikonkautschuk (LSR). Jeder dieser Typen hat seine Stärken, die auf seiner molekularen Zusammensetzung und seinen einzigartigen Eigenschaften beruhen.
Die Art des Elastomers beeinflusst seine Leistung in vielerlei Hinsicht. Beispielsweise werden bei der Herstellung für verschiedene Arten unterschiedliche Aushärtungsmethoden angewendet. Wie wir bereits gesehen haben, beeinflusst die Aushärtung die Eigenschaften des Gummis. Außerdem bestimmt die Art das Produkt, das hergestellt werden kann, was wiederum die Umgebung bestimmt, in der es verwendet wird. Die Leistung wird von der Umgebung beeinflusst.
Aushärtungs- und Herstellungsprozess
Silikonelastomere werden auf unterschiedliche Weise ausgehärtet. Zu den üblichen Aushärtungsverfahren gehören Peroxidsysteme, platinkatalysierte Systeme, Kondensationssysteme und Oximsysteme. Diese Aushärtungssysteme werden durch Zugabe von Wärme oder Druck verstärkt.
Da die Aushärtung darauf abzielt, das Elastomer zu härten, kann sie sich sowohl negativ als auch positiv auf seine Leistung auswirken. Die Art des verwendeten Aushärtungssystems wirkt sich auf die Stabilität des Silikons auf molekularer Ebene aus. Dies wirkt sich auf die Eigenschaften des Endprodukts aus. Glücklicherweise kann die Stabilität durch Nachhärtung eines Silikonprodukts verbessert werden.
Umweltfaktoren
Silikonprodukte werden für verschiedene Anwendungen hergestellt. Das bedeutet, dass das Material während seiner Lebensdauer sowohl rauen als auch günstigen Bedingungen ausgesetzt sein kann. Silikon behält seine Leistung je nach Härte der äußeren Bedingungen.
Stressfaktoren wie Temperatur, UV-Licht und Spannung verringern die mechanischen Eigenschaften von Silikon. Wenn das Silikonprodukt jedoch gewartet werden kann, befolgen Sie die empfohlenen Vorgehensweisen, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
Kompatibilität mit anderen Materialien
Die Fähigkeit, mit anderen Materialien kompatibel zu sein, ist ein wichtiger Aspekt, der sich auf die Leistung von Silikonelastomeren auswirkt. Kompatibilität bedeutet in diesem Fall die Fähigkeit, mit anderen Materialien zu koexistieren oder zu interagieren, ohne seine Eigenschaften zu verlieren. Im Allgemeinen ist Silikon mit den meisten Materialien wie verdünnten anorganischen Säuren und Basen sowie Mineralölen kompatibel.
So kompatibel es auch ist, die Beständigkeit oder Verträglichkeit bestimmter Materialien ist begrenzt. Diese Einschränkung kann sich negativ auf die Leistung auswirken. Daher empfiehlt es sich, Silikon zu verwenden, das mit der Umgebung kompatibel ist, um eine längere Leistung zu erzielen.
Vorteile von Silikonelastomeren
Silikon ist aus vielen Gründen das bevorzugte Material. Insbesondere hat es mehrere Vorteile, die es anderen Materialien seiner Kategorie überlegen machen. Die meisten Vorteile ergeben sich aus seinen hervorragenden Eigenschaften. Lassen Sie uns sie im Folgenden zusammenfassen:
- Hochwertiges Material: Silikon hat viele Eigenschaften, die für verschiedene Anwendungen wünschenswert sind. Seine Qualität eignet sich für Hochleistungsanwendungen und den Einsatz in rauen Umgebungen, da es ziemlich widerstandsfähig ist.
- Dauerhaft: Dies bedeutet, dass Silikon über längere Zeiträume in anspruchsvollen Bereichen funktionieren kann, ohne seine Eigenschaften zu verlieren. Langlebige Materialien sind kostengünstig und umweltfreundlich.
- Vielseitig: Silikonelastomere sind vielseitig einsetzbar, da sie in vielen Anwendungsfällen eingesetzt werden können. Vielseitigkeit ist entscheidend, da sie bedeutet, dass die Eigenschaften von Silikon auf viele Bereiche übertragen werden können.
Beachten Sie, dass die meisten dieser Vorteile von der Art des verwendeten Silikonelastomers abhängen. Das heißt, die Vorteile können von Typ zu Typ unterschiedlich sein.
Nachteile von Silikonelastomeren
Obwohl dieses Material recht nützlich ist, hat es auch seine Nachteile. Es gibt eine Reihe von Nachteilen, die seine Verwendung, Zugänglichkeit und Eignung einschränken. Einige dieser Nachteile sind die folgenden:
- Relativ teuer: Aufgrund seiner hochwertigen Eigenschaften hat Silikon einen hohen Preis. Insbesondere die Anschaffungskosten für Silikon sind hoch. Die positive Seite ist jedoch, dass diese Kosten durch die optimale Leistung bei geringem Wartungsaufwand ausgeglichen werden.
- Mangelnde Kompatibilität: Obwohl Silikon mit einigen Materialien kompatibel ist, kann es im Laufe der Zeit seine Eigenschaften verlieren. Darüber hinaus verformen einige Materialien die Beschaffenheit von Silikon fast sofort nach dem Kontakt vollständig.
Die meisten Nachteile von Silikon können im Herstellungsprozess verbessert oder vermieden werden. Einige Eigenschaften wie die Reißfestigkeit können beispielsweise durch den Einsatz bestimmter Vernetzungssysteme verbessert werden.
So wählen Sie das richtige Silikonelastomer aus
Angesichts der vielen Optionen und der vielen zu berücksichtigenden Faktoren kann die Auswahl des geeigneten Silikontyps für Ihre Produkte überwältigend sein. In diesem Fall können Sie Ihre Entscheidung auf die folgenden Faktoren stützen:
- Härte: Silikon hat zwei Härtegrade – weich und hart. Die Weichheit oder Härte Ihres Produkts wird durch diese Härtegrade bestimmt. Daher ist es sinnvoll, den richtigen Härtegrad auszuwählen.
- Chemische Beständigkeit: Wir haben besprochen, dass Silikon selektiv gegen bestimmte Chemikalien beständig ist. Der Grund, warum dieser Faktor so wichtig ist, ist, dass in den meisten Umgebungen eine Kombination aus natürlichen oder synthetischen Chemikalien vorhanden ist, die Silikon beeinträchtigen können.
- Aushärtungsmethode: Ihr Silikonprodukthersteller entscheidet auf Grundlage seines Wissens über die Aushärtungsmethode. Sie können diese Entscheidung jedoch beeinflussen, indem Sie nach einem bestimmten System fragen, sofern es anwendbar ist.
- Richtlinien und Vorschriften: Mehrere Organisationen wie ASTM, FDA und andere legen Vorschriften fest, die die Verwendung von Silikon kontrollieren. Beispielsweise genehmigt die FDA bestimmte Silikonsorten für die Herstellung von Silikonlebensmittelprodukten. Sie müssen diese Richtlinien befolgen, um die Vorschriften einzuhalten.
Die obige Liste der Überlegungen ist bei weitem nicht vollständig. Wir haben jedenfalls noch nicht über Budgets und Materialverfügbarkeit gesprochen, die alle gleichermaßen wichtig sind. Alles in allem werden Sie garantiert positive Ergebnisse erzielen, wenn Sie Ihre Entscheidungen auf diese Faktoren stützen.
Verschiedene Arten von Silikonelastomeren für unterschiedliche Anwendungen
- Silikon-Elastomerpulver
- Silikonelastomer in der Kosmetik
- Kontaktlinse aus Silikonelastomer
- Silikon-Elastomer-Katheter
- Silikon-Elastomer-Mischung
- Silikon-Elastomer Sicherheitsdatenblatt
- Silikon-Elastomer-Gel
- Silikon-Elastomerplatten
- Silikon-Elastomer-Kit
Abschluss
Dieser umfassende Artikel hat Ihnen einen detaillierten Einblick in die Definitionen, Eigenschaften, Vorteile, Nachteile und Bedingungen gegeben, die die Leistung von Silikonelastomeren beeinflussen. Sie haben jetzt ein besseres Verständnis dieses Materials und aller damit verbundenen Aspekte. Kontaktieren Sie uns für weitere Informationen zu Silikonelastomeren.
Weitere Ressourcen:
17 Silikonelastomer-Anwendungen für elektronische Geräte in der modernen Industrie – Quelle: Legenday